В детерминированной клетке накапливаются специфические органеллы, начинается специфическое функционирование клетки.
В эту стадию клетки значительно отличаются друг от друга. В них увеличивается концентрация ферментов и секреторных продуктов.
Суть дифференцировки заключается в нарастающем усилении синтеза тканеспецифических продуктов. Для синтеза белков, характерных для специализированных клеток, требуется лишь небольшая зона генома. В связи с этим остальные участки ДНК находятся в блокированном состоянии, в основном в виде гетерохроматина. Считывание части генов, наоборот, может резко усилиться. Такое увеличение синтеза некоторых белков сопровождается изменением развития органелл, формы клетки, специфической секреторной активности.
Первоначально выяснить направление дифференцировки можно лишь с помощью специальных методов окрашивания клетки (гистохимических, иммуногистохимических и др., выявляющих даже небольшую концентрацию специфичного для клетки вещества). В последующем нарастающие различия в строении клетки позволяют легко распознавать клетки по специализации.
Стадия дифференцировки может сопровождаться как увеличением, так и сохранением и даже уменьшением общих размеров клетки.
В качестве примера увеличения общих размеров клетки, в связи с ее дифференцировкой, рассмотрим нейрон. В ходе превращения малодифференцированной клетки — нейробласта в зрелую нервную клетку накапливаются многочисленные органеллы: гр. ЭПС, митохондрии, нейрофиламенты, нейротубулы и др.). У клетки увеличивается не только тело, но и число и длина ее отростков. У зрелого нейрона объем отростков (дендритов и аксона) может многократно превышать объем тела клетки.
Противоположный пример — развитие эритроцита. В ходе дифференцировки эритроцита его молодой предшественник — эритробласт имеет довольно большой диаметр. В эритробласте видны множество свободных рибосом и полисом. По мере накопления специфического белка — гемоглобина эритробласт замедляет синтез белков и начинает редуцироваться. У млекопитающих клетка утрачивает ядро и почти все органеллы, кроме элементов цитоскелета. Общие размеры зрелой клетки гораздо меньше, чем у только вступающих на стадию дифференцировки.